JP2013007380A - Self-stabilizing vertical axis windmill, floating body type offshore wind power generation system, and buoyancy structure system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は風力発電に係り、特に自己安定型垂直軸風車を設置した、水深のある洋上で使用される浮体式洋上風力発電に関する。 The present invention relates to wind power generation, and more particularly to floating offshore wind power generation used on a deep sea where a self-stabilizing vertical axis wind turbine is installed.
近年、石油資源の枯渇及び地球温暖化対策の一環として石油や石炭を使用しない発電が注目を集めている。
特に、昨年の東日本大震災に伴う福島原子力発電所の大事故以来、原子力や石油、石炭以外の再生可能エネルギーへの注目が非常に高まっている。
その中でも、太陽光発電や風力発電が重要な役目を担おうとしている。In recent years, power generation that does not use oil or coal has been attracting attention as part of measures to deplete petroleum resources and global warming.
In particular, since the Fukushima nuclear power plant accident caused by the Great East Japan Earthquake last year, attention has been focused on renewable energy other than nuclear power, oil, and coal.
Among them, solar power generation and wind power generation are playing an important role.
太陽光発電に関しては、各家庭の屋根等に設置する小規模発電の場合は屋根のスペースを有効に活用出来るのでメリットが有る。しかし、大規模太陽光発電の場合は、大きな面積の太陽光パネルを設置する必要があるが、この場合はその代わりに森林や畑等の緑地を潰す事になり、地球温暖化対策の観点からは逆行する事になり、好ましくない。つまり、太陽光発電の場合には、例えば100のエネルギーを得ようとすれば100に相当する緑地が無くなる事になる。例え、その土地が現在遊休状態であっても、近い将来くるであろう全地球上の人口爆発に伴う食糧危機の場合には、それらの土地は直ぐ食糧生産の為に利用する必要があり、その場合は太陽光パネルを撤去する事になり、恒久的なエネルギー対策には不向きである。 With regard to solar power generation, small-scale power generation installed on the roof of each household has an advantage because the roof space can be used effectively. However, in the case of large-scale solar power generation, it is necessary to install solar panels with a large area. In this case, however, green areas such as forests and fields will be crushed instead, from the viewpoint of measures against global warming. Would go backwards, which is undesirable. That is, in the case of photovoltaic power generation, for example, if 100 energy is obtained, the green space corresponding to 100 is lost. For example, even if the land is currently idle, in the event of a food crisis due to a global population explosion that will come in the near future, the land needs to be used for immediate food production, In that case, the solar panel will be removed, which is not suitable for permanent energy measures.
それに比べ、風力発電の場合は、例えば太陽のエネルギーを広い太洋で吸収した結果、強い風が発生し日本に来る事になり、エネルギーの集合、蓄積、積分と言う観点から太陽光発電に比べ、遥かに大きなメリットが有る。つまり、日本の面積よりもはるかに広い太洋で蓄積された熱エネルギーを利用する事になるので、風力発電の為に利用される緑地面積は皆無に近い。
勿論、洋上発電施設から海底ケーブル等で送られて来る電力の処理をする為の施設が陸上に必要ではあるが、大きな面積は必要ない。On the other hand, in the case of wind power generation, for example, as a result of absorbing solar energy in the wide ocean, strong winds are generated and come to Japan, compared to solar power generation from the viewpoint of energy collection, accumulation and integration There are far greater benefits. In other words, since the heat energy accumulated in the ocean is much larger than the area of Japan, there is almost no green space used for wind power generation.
Of course, a facility for processing the electric power sent from the offshore power generation facility by the submarine cable is necessary on land, but a large area is not necessary.
風力発電に関しては、現在は水平軸風車が主流を占めているが、陸地に設置される場合が殆んどで、近くに民家等があり、騒音等の問題の為に、設置が進んでいない地域も有る。例えば日本等は正にその例である。
水平軸風車の場合は風車軸周りの加重が偏加重となっており、垂直性の維持が非常に困難であり、更に、常に風に正対する必要が有る為に、目まぐるしく変化する風向への対応は非常に困難である。
特に、洋上発電の場合はその事が顕著で、特に全地球の60%以上を占有する100m以上の深海域の場合は浮体方式にするしか方法が無く、水平軸風車の適用は非常に厳しく、高いハードルが有あり、実現は困難である。As for wind power generation, horizontal axis wind turbines currently occupy the mainstream, but most of them are installed on land, and there are private houses nearby, so installation is not progressing due to problems such as noise. There are also regions. Japan, for example, is just an example.
In the case of a horizontal axis wind turbine, the load around the wind turbine axis is uneven, and it is very difficult to maintain verticality.Furthermore, it is necessary to always face the wind, so it can respond to rapidly changing wind directions. Is very difficult.
This is especially true for offshore power generation, especially in the case of deep seas of 100m or more, which occupies 60% or more of the entire earth. There are high hurdles and it is difficult to realize.
垂直軸風車の場合は風車の回転軸中心と風車取り付けタワーの中心とは完全に一致するので、例え浮体方式の場合も技術的には特に問題は無い。 In the case of a vertical axis windmill, the center of rotation of the windmill and the center of the windmill mounting tower completely coincide with each other.
この様に、洋上風力発電は周りを海で囲まれた国にとっては非常に重要であり、これからは主流となる事は疑いの余地は無い。水深が有る場合は浮体式風力発電の設置が必須条件であるが、現在、世界中の何処を探しても、その様な水平軸風車は実用化されていない。特に、水深が有り、風向が目まぐるしく変わる地域では、風向を気にしない垂直軸風車が有効であるとして、最近、注目を集めて世界中で色々とトライされているが、今のところ実用化の目途が立っている方式は報告されて居ない。 In this way, offshore wind power generation is very important for the country surrounded by the sea, and there is no doubt that it will become mainstream from now on. Installation of floating wind power generation is a necessary condition when there is water depth, but such horizontal axis wind turbines are not practically used anywhere in the world. In particular, in areas where there is water depth and the wind direction changes rapidly, vertical axis wind turbines that do not care about the wind direction are effective, and recently, a lot of attention has been tried around the world. No promising method has been reported.
色んな風況下での垂直軸風車の効率の良い使用形態及び効果的な保護対策について考える。 Consider efficient use of vertical axis wind turbines under various wind conditions and effective protection measures.
課題1はどんな強風下に於いても風車の回転を止めず、破壊されない事。
一般的には、台風等の強風が吹く場合は、ブレーキ等により風車を強制的に止めて風車の破損を防止する処置が取られる。此の場合は、強力な台風のエネルギーの為に強力なブレーキシステムが必要になり、風車の強度向上の必要性やコストアップ等問題になってくる。更に、台風等の強烈な乱気流が渦巻いている場合は止まっている特定の風車翼が大きな力を集中的に受ける場合があり、破壊が集中する危険性がある。回転していれば、その様な力は分散、平均化されるので問題が発生しずらい。
更に、もし、強風下において風車を停止すれば、折角の強力な台風のエネルギーを無駄にする事になる。
Generally, when a strong wind such as a typhoon blows, a measure is taken to forcibly stop the windmill by a brake or the like to prevent the windmill from being damaged. In this case, a powerful braking system is required for the energy of a powerful typhoon, which causes problems such as the necessity of improving the strength of the windmill and cost increase. Furthermore, when a strong turbulence such as a typhoon is swirling, a specific windmill blade that is stopped may receive a large force in a concentrated manner, and there is a risk that destruction is concentrated. If it is rotating, such a force is dispersed and averaged, so it is difficult to cause a problem.
Furthermore, if the windmill is stopped under a strong wind, the energy of a powerful typhoon will be wasted.
課題2はどんな風況下に於いても浮体構造体の垂直性の維持をする事。
水平軸風車にせよ、垂直軸風車にせよ、台風やハリケーン等による強力な風や波浪等により風車軸が影響を受けて傾いたり、激しい上下動を繰り返す様では、安定な発電をする事は不可能であり、トラブル発生の要因ともなる。どんな風況下に於いても風車軸の垂直性確保や上下動の沈静化は必須条件である。
Whether it is a horizontal axis wind turbine or a vertical axis wind turbine, if the wind turbine axis is tilted by repeated strong winds and waves from typhoons, hurricanes, etc. It is possible and causes troubles. Under any wind conditions, it is essential to ensure the verticality of the windmill axis and calm down the vertical movement.
課題3は洋上風車が設置される周辺海域における海洋生物に悪影響を与えない事。
洋上に於ける大規模発電を行う為には、多数の風車を設置する必要があるが、この場合は、設置される海域に於いて海洋植物、魚介類等の海洋生物に悪影響を与えない事が必要であり、その為には太陽光や潮流等を遮断しない事が必須条件になる。その事により、漁業との協業が可能となり、短期間に広い水域への洋上風力発電の展開が可能となる。
In order to perform large-scale power generation on the ocean, it is necessary to install a large number of windmills. In this case, the marine organisms such as marine plants and fishery products should not be adversely affected in the sea area where they are installed. Therefore, it is essential to not cut off sunlight or tidal currents. This makes it possible to collaborate with fisheries and to deploy offshore wind power generation in a wide area in a short time.
課題4は出来るだけトラブルを少なくし、メンテナンスフリーである事。
洋上風力発電は陸地から離れた、水深のある海域での長時間の無人運転が必須になるが、その為にはメンテナンスフリーが重要な条件となる。然るに、現在良く使用されている風車の大部分が、水平軸風車、垂直軸風車共に増速ギア付発電機を使用している。この方式の発電機はギアの磨耗の為に定期的に交換等のメンテナンスが欠かせない。これは定期的な発電の中断やメンテナンスコスト等の問題を抱えている。
洋上風力発電によって相当な割合の発電量を賄う為には、上記、課題1〜課題4までの問題が完全に解決される必要がある。
Offshore wind power generation requires long-time unmanned operation in deep waters away from land, but maintenance-free is an important condition for that. However, most of the wind turbines currently in use use a generator with a speed increasing gear for both the horizontal axis wind turbine and the vertical axis wind turbine. This type of generator is indispensable for regular maintenance due to gear wear. This has problems such as periodic interruption of power generation and maintenance costs.
In order to cover a considerable amount of power generation by offshore wind power generation, the
本発明は風車軸の中心を構成する垂直軸と、垂直軸の最上端部に設置される水平な回転面を保持する為の回転保持部と、回転保持部に設置される滑動部と、滑動部に設置されるマウント部と、マウント部に固定される複数の水平翼と、水平翼の翼端には水平翼の回転面に沿い回転円に接する方向の回転中心を持つ回転軸保持部と、回転保持部に契合する回転部が翼の一部に設置される垂直軸と、所定の風速又は回転数以下の時には垂直翼を所定の取り付け角度に維持する為の角度維持部と、所定の風速又は所定の回転数を超える時には発生する遠心力、風力、重力等の外力と釣り合う為のバランス保持部を持つ事を特徴とする垂直軸風車を提供する事により上記課題1及び課題4を解決したものである。 The present invention relates to a vertical shaft that constitutes the center of a wind turbine shaft, a rotation holding portion for holding a horizontal rotation surface installed at the uppermost end of the vertical shaft, a sliding portion installed in the rotation holding portion, and a sliding A mounting portion installed on the mounting portion, a plurality of horizontal blades fixed to the mounting portion, and a rotating shaft holding portion having a rotation center in a direction in contact with a rotating circle along a rotating surface of the horizontal blade at a blade end of the horizontal blade. A rotating shaft that engages with the rotation holding unit is installed on a part of the blade, a vertical shaft, an angle maintaining unit for maintaining the vertical blade at a predetermined mounting angle when the wind speed or rotation speed is lower than a predetermined value, and a predetermined The
本発明は垂直翼が水平翼の翼端付近に設置された回転軸保持部から外側に向かい所定の距離にオフセットされた位置に取り付けられる事を特徴とする請求項1に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1及び課題4を解決したものである。 The vertical axis wind turbine according to
本発明は垂直翼の回転中心より上部に設置された回転結合部と、これに連結する結合アームはリニアガイド上に設置されたスライドに回転自在に結合され、スライドに結合された液体又は気体用のシリンダーが水平翼の上部に設置された事を特徴とする請求項1に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1及び課題4を解決下したものである。 In the present invention, a rotary coupling portion installed above the rotation center of a vertical wing and a coupling arm coupled thereto are rotatably coupled to a slide installed on a linear guide, and are for liquid or gas coupled to the slide. The first and second cylinders are installed in the upper part of the horizontal wing, and the vertical axis wind turbine according to
本発明は垂直翼の回転中心より下部に設置された回転結合部と、これに連結する結合アームはリニアガイド上に設置されたスライドに回転自在に結合され、スライドに結合された液体又は気体用のシリンダーが水平翼の下部に設置された事を特徴とする請求項1に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 In the present invention, a rotary coupling portion installed below the rotation center of a vertical wing and a coupling arm coupled thereto are rotatably coupled to a slide installed on a linear guide, and are for liquid or gas coupled to the slide. The problem is solved by providing the vertical axis wind turbine according to
本発明は垂直翼と垂直翼に概直角に結合する水平翼の回転中心から延長された水平翼の翼端に設置された回転自在の結合部と結合部に接続する液体又はガス体用シリンダーとシリンダーを固定する回転自在の保持部とから為る事を特徴とする請求項2に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention relates to a vertical wing, a rotatable coupling portion installed at a wing tip of a horizontal wing extending from a rotation center of a horizontal wing coupled to the vertical wing at a substantially right angle, and a liquid or gas cylinder connected to the coupling portion. The
本発明は垂直翼と垂直翼に概直角に結合する水平翼の回転中心から延長された水平翼の翼端に設置された回転自在の結合部と結合部に接続する連結用支柱と支柱の端には回転自在の継ぎ手が有り、此の継ぎ手はリニアガイド上のスライダーに結合され、スライダーには液体又はガス体用シリンダーが接続されている事を特徴とする請求項2に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4解決したものである。 The present invention relates to a vertical wing, a rotatable coupling portion installed at a wing tip of a horizontal wing extending from a rotation center of a horizontal wing coupled to the vertical wing at a substantially right angle, a connecting column and a column end connected to the coupling portion. The vertical axis wind turbine according to
本発明は垂直翼と垂直翼に概直角に結合する水平翼の回転中心から延長された水平翼の翼端に設置されたベアリングとベアリングが密接する水平方向の溝と溝が固定されているリニアガイド上のスライダーとスライダーには液体又はガス体用シリンダーが接続されている事を特徴とする請求項2に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention relates to a vertical wing and a horizontal groove in which the bearing is in close contact with a bearing installed at the tip of the horizontal wing extended from the center of rotation of the horizontal wing coupled to the vertical wing at a substantially right angle. The problem is solved by providing the vertical axis wind turbine according to
本発明は液体又はガス体用シリンダーに流体的に接続している流体が放出する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が小さなオリフィスとオリフィスは流体の溜に接続し、シリンダー流体的に接続している流体が流入する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が大きなオリフィスとオリフィスは流体溜に接続している事を特徴とする請求項6に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention relates to a check valve in a direction in which a fluid fluidly connected to a cylinder for liquid or gas body discharges, an orifice having a small fluid resistance connected to the check valve, and the orifice is connected to a fluid reservoir. 7. A vertical shaft according to
本発明は液体又はガス体用シリンダーに流体的に接続している流体が放出する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が小さなオリフィスとオリフィスは流体の溜に接続し、シリンダー流体的に接続している流体が流入する方向の逆止弁と逆止弁に接続する流体抵抗が大きなオリフィスとオリフィスは流体溜に接続している事を特徴とする請求項7に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention relates to a check valve in a direction in which a fluid fluidly connected to a cylinder for liquid or gas body discharges, an orifice having a small fluid resistance connected to the check valve, and the orifice is connected to a fluid reservoir. 8. A vertical shaft according to
本発明は垂直翼と水平翼の結合部は回転自在の回転継ぎ手により結合される事を特徴とする請求項6に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention solves the
本発明は垂直翼と水平翼の結合部は回転自在の回転継ぎ手により結合される事を特徴とする請求項7に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention has solved the
本発明は垂直翼と水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部としてと、バネ性を持つ板材により構成された事を特徴とする請求項10又は請求項11の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The invention according to any one of
本発明は垂直翼と水平翼を回転自在に結合する回転継ぎ手と垂直翼と水平翼の取り付け角を所定の値に保つ回転保持部の二つの機能をバネ性を持つ板材により構成された事を特徴とする請求項10又は請求項13の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 In the present invention, the two functions of the rotary joint that rotatably couples the vertical wing and the horizontal wing and the rotation holding portion that keeps the mounting angle of the vertical wing and the horizontal wing at a predetermined value are configured by a plate material having a spring property. By providing the vertical axis wind turbine according to any one of
本発明は円弧型の垂直翼が水平翼と組み合わさっている事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention solves the
本発明は円弧型の垂直翼が水平翼と組み合わさっている事を特徴とする請求項6又は請求項7の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention solves the
本発明は水平翼を保持している回転保持部に設置されている大口径軸受けの近傍にギアレス方式のダイレクト、ドライブ発電機が組み込まれている事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風力発電機を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention is characterized in that a gearless direct or drive generator is incorporated in the vicinity of a large-diameter bearing installed in a rotation holding portion holding a horizontal blade. By providing the vertical axis wind power generator described in any one of the above,
本発明は弱風時には、コイルの接続をカットする回路と、中風域では所定の回転数(Wmin)以上を維持する様にコイルを接続する回路と、強風時には所定の回転数(Wmax)以下を維持する様にコイルを接続する回路と、所定の回転数(Wmax)をオーバーする場合は一部のコイルをショートする回路と、風車の回転数その他の情報を判断して上記回路の入り切りをコントロール回路又はソフトウエアを持つ事を特徴とするギアレス大口径発電機からなる請求項12に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention provides a circuit that cuts the connection of the coil when the wind is weak, a circuit that connects the coil so as to maintain a predetermined rotational speed (Wmin) or more in the middle wind region, and a predetermined rotational speed (Wmax) or less when the wind is strong. A circuit for connecting the coils to maintain, a circuit for short-circuiting some coils when exceeding a predetermined rotation speed (Wmax), and controlling the on / off of the above circuit by judging the rotation speed of the windmill and other information The
本発明は水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事を特徴とする請求項1又は請求項2又は請求項5に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention provides a vertical axis wind turbine according to
本発明は回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする構造体が水平翼又は垂直翼上に設置されている事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention is characterized in that the structure whose purpose is to make the fluid resistance in the direction of rotation smaller than the fluid resistance in the direction opposite to the rotation is installed on the horizontal wing or the vertical wing. The
本発明は水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事と回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする構造体が水平翼又は垂直翼上に設置されている事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 In the present invention, a structure for preventing the horizontal wing from sagging is installed, and a structure for the purpose of reducing the fluid resistance in the rotation direction to be smaller than the fluid resistance in the direction opposite to the rotation is installed on the horizontal wing or the vertical wing. The
本発明は水平翼の垂れ防止用の構造体が設置された事と回転方向の流体抵抗が回転と反対方向の流体抵抗より小さくなる事を目的とする斜め板が水平翼又は垂直翼上に設置されており、この斜め板は回転可能で、風車の回転数が上がり風力抵抗が大きくなると斜め板の角度は小さくなり、最終的には水平状態になる事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 In the present invention, an inclined plate is installed on a horizontal blade or a vertical blade for the purpose of installing a structure for preventing the horizontal blade from drooping and that the fluid resistance in the rotational direction is smaller than the fluid resistance in the direction opposite to the rotation. The slanted plate is rotatable, and the angle of the slanted plate decreases and finally becomes horizontal when the rotational speed of the windmill increases and the wind resistance increases. The
本発明は2個の略L字型垂直翼が垂直軸と水平翼の交点に対して、互いに鏡像の関係に配置されている事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention is characterized in that two substantially L-shaped vertical blades are arranged in a mirror image relationship with respect to the intersection of the vertical axis and the horizontal blade. By solving this problem,
本発明は3対以上の垂直翼を有する事を特徴とする請求項18に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention solves
本発明は垂直翼が水平翼と略Y字型に組み合されている事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention provides the vertical axis wind turbine according to
本発明は垂直翼の回転中心部から翼端に行くに従い回転方向と反対方向に傾いている後退翼である事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 3. The vertical axis wind turbine according to
本発明は垂直翼の翼端にサブ水平翼が設置されている事を特徴とする請求項25に記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention solves the
本発明は垂直翼の回転中心部から翼端に行くに従い回転方向と同じ方向に傾いている前進翼である事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The vertical axis wind turbine according to any one of
本発明は風車タワーの下部に太陽光発電ユニットが設置された事を特徴とする請求項1又は請求項2の何れかに記載の垂直軸風車を提供する事により、課題1と課題4を解決したものである。 The present invention solves the
本発明は水面に接する近傍にあるメインフロートと、フロートの下部に設置された結合部と、結合部の下部に設置された姿勢安定用の重し部分と、メインフロート上部に設置された支柱と、支柱の上端部に設置された風車と、風車に接続された発電ユニットからなる浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題2を解決したものである。 The present invention is a main float in contact with the water surface, a coupling portion installed at the lower portion of the float, a weight stabilizing portion installed at the lower portion of the coupling portion, and a support column installed at the upper portion of the main float. The
本発明は外部からの信号により浮力構造体の水位を調整する事を特徴とする請求項27に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題2を解決したものである。 The present invention solves the
本発明は自己安定型垂直軸風力発電ユニットが組み込まれた事を特徴とする請求項1から請求項15に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題2を解決したものである。 The present invention solves
本発明は潮流発電用ユニットが設置された事を特徴とする請求項27から請求項29に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題2を解決したものである。 The present invention solves
本発明は波力発電用ユニットが設置された事を特徴とする請求項27から請求項30に記載の浮体式洋上風力発電システムを提供する事により、課題2を解決したものである。 The present invention solves the
本発明は2個の浮力構造体と、2個の浮力構造体を並行四辺形を形成する為の2本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在結合する為の継ぎ手とからなる請求項29から請求項33に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2を解決したものである。 The present invention comprises two buoyancy structures, two horizontal struts for forming parallelograms of the two buoyancy structures, and a joint for rotatably coupling the buoyancy structures and the horizontal struts. The
本発明は2個の浮力構造体と、2個の浮力構造体と二等辺三角形を形成する位置に設置される追加の浮力構造体と、追加される浮力構造体と他の2個の浮力構造体を並行四辺形を形成する様に結合する為の各2本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手からなる事を特徴とする請求項34に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention relates to two buoyancy structures, an additional buoyancy structure installed at a position forming an isosceles triangle with the two buoyancy structures, an added buoyancy structure, and the other two buoyancy structures. 35. The buoyancy according to
本発明はN連浮力構造システムにおいて、その内の2個の浮力構造体と二等辺三角形を形成する位置に設置される追加の浮力構造体と、追加される浮力構造体と他の2個の浮力構造体を並行四辺形を形成する様に結合する為の各2本の水平支柱と浮力構造体と水平支柱を回転自在に結合する為の継ぎ手からなる(N+1)連浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention relates to an N-unit buoyancy structure system, an additional buoyancy structure installed at a position forming an isosceles triangle with two of the buoyancy structures, an additional buoyancy structure and the other two buoyancy structures. An (N + 1) continuous buoyancy structure system comprising two horizontal struts for coupling buoyancy structures to form parallelograms and joints for rotatably coupling the buoyancy structures and horizontal struts is provided. As a result,
本発明は水平支柱と回転継ぎ手を結合するピン1と、回転結合継手からなる回転結合部と、回転結合部同志を結合する為のピン2と、締め付け金具1と、締め付け金具2と、回転結合部と締め付け金具を結合するピン2と、締め付け金具1と締め付け金具2を固定し、締め付ける役目を持つボルトからなる請求項34から請求項36に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3と課題4を解決したものである。 The present invention relates to a
本発明は回転結合部が2個により構成される事を特徴とする請求項37に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3と課題4を解決したものである。 The present invention solves
本発明は回転結合部が3個により構成される事を特徴とする請求項37に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3と課題4を解決したものである。 The present invention solves
本発明は回転結合部が4個により構成される事を特徴とする請求項37に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3と課題4を解決したものである。 The present invention solves
本発明は回転結合部が6個により構成される事を特徴とする請求項37に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3と課題4を解決したものである。 The present invention solves
本発明は3角形を形成する浮力構造体の中間位置又はその近傍に養魚用生簀が設置されている事を特徴とする請求項35から請求項36に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention provides a buoyancy structure system according to any one of
本発明は生け簀は上下する為の機構を有し、餌の供給装置を備えている事を特徴とする請求項42に記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention has solved the
本発明は一辺の浮力構造体の数が3個以上ある場合に、両端の2個を除いた中間の浮力構造体を間引いた事を特徴とする請求項34から請求項41の何れかに記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The invention according to any one of
本発明は通常は最小の長さを維持しているが、浮力構造体が上下動する時には必要に応じて伸び縮みをする水平支柱から構成される事を特徴とする請求項34から請求項36の何れかに記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 Although the present invention normally maintains a minimum length, it is composed of horizontal struts that expand and contract as required when the buoyancy structure moves up and down. The
本発明は浮力構造体のフロート部と最下部のウエイト部の中間位置から略水平方向に伸びるワイヤと伸びた先端部から上方向に伸びるワイヤと下方に延びるワイヤと、上方向に伸びるワイヤの先端に結合される外部フロート部と下方に伸びるワイヤの先端に結合されるアンカー部とからなるアンカーシステムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention relates to a wire extending substantially horizontally from an intermediate position between a float portion and a lowermost weight portion of a buoyancy structure, a wire extending upward from an extended tip portion, a wire extending downward, and a tip of a wire extending upward The
本発明は最低2個以上のアンカーシステムから構成される事を特徴とする請求項34から請求項42の何れかに記載の浮力構造システムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention is composed of at least two anchor systems, and solves
本発明は浮力構造体のフロート部下部を出てプーリーを経由して浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部に至るワイヤと回転自在のプーリー保持部とプーリー保持部から略水平方向に伸びて外部フロート部からのワイヤとアンカー部からのワイヤの結合点に至るワイヤとから構成される事を特徴とする請求項44と請求項45の何れかに記載のアンカーシステムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention extends from the lower part of the float part of the buoyancy structure to the upper part of the weight part at the bottom of the buoyancy structure via the pulley, the rotatable pulley holding part and the pulley holding part extending in a substantially horizontal direction. 46. By providing the anchor system according to any one of claims 44 and 45, comprising a wire from an external float part and a wire reaching a connection point of the wire from the anchor part. 2 and
本発明はモーターによって駆動されるプーリー保持部とプーリー保持部から出る水平ワイヤと浮力構造体のフロート部下部を出てプーリーを経由して浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部に至るチェインとから構成される事を特徴とする請求項46に記載のアンカーシステムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention includes a pulley holding unit driven by a motor, a horizontal wire coming out of the pulley holding unit, a chain extending from the lower part of the float part of the buoyancy structure to the upper part of the weight part at the bottom of the buoyancy structure via the pulley, The
本発明は浮力構造体のフロート部下部近くに設置されるモーター駆動付のプーリー保持部と浮力構造体の最下部にあるウエイト部上部近くに設置される回転自在のプーリー保持部とモーター駆動付のプーリー保持部と回転自在のプーリー保持部を経由して外部フロート部からのワイヤとアンカー部からのワイヤの結合点から伸びる略水平方向のワイヤと結合するチェインとから構成される事を特徴とする請求項43から請求項46の何れかに記載のアンカーシステムを提供する事により、課題2と課題3を解決したものである。 The present invention relates to a motor-driven pulley holding part installed near the bottom of the float part of the buoyancy structure, a rotatable pulley holding part installed near the upper part of the weight part at the bottom of the buoyancy structure, and a motor-driven type. It is characterized by comprising a chain coupled to a wire in a substantially horizontal direction extending from a coupling point of a wire from an external float part and a wire from an anchor part via a pulley holding part and a rotatable pulley holding part. The
本発明によれば、自己安定型垂直軸風車の採用により、どの様な強風下においても決して停止する事無く、所定以下の回転数を維持し、遠心力等による破壊を防ぎ、強風の強力な風エネルギーを有効に発電に利用し、常に安定した発電が保障される。
更にダイレクトドライブ方式の発電方式を採用する事によりギア等の摩擦を完全に無くし、メンテナンスフリーを実現し、陸地から離れた海域などに安心して設置する事が可能となる。
本発明によれば、多数の浮力構造体が2本の水平バーにより並行四辺形として安定的に結合される事により、どの様な気象条件においても使用が保障される。又、3角形に配置される風車の中間領域は素通しである為、太陽光、潮が自由に通過出来、魚、貝等の養殖をする事が出来る。この事により、養漁業等とのコラボレーションが可能となり、海域または水域を共有出来るので、養魚業者のコンセンサスを得る事が可能となり、洋上風力発電の早期の導入が可能となる。
この事により全地球の6割以上を占める広大な深海域に於ける発電が可能となり、太陽光発電の様に緑地を発電の為に利用する必要が無い為に、少ない緑地を減らす必要が無く、将来の食料危機対策としても有効である。According to the present invention, by adopting a self-stabilizing vertical axis wind turbine, it never stops under any strong wind, maintains a rotation speed below a predetermined value, prevents breakage due to centrifugal force, etc. Wind energy is effectively used for power generation, ensuring stable power generation at all times.
Furthermore, by adopting a direct drive type power generation method, the friction of gears and the like is completely eliminated, and maintenance-free is realized, and it is possible to install it in a sea area away from land.
According to the present invention, a large number of buoyancy structures are stably coupled as parallelograms by two horizontal bars, so that the use is guaranteed under any weather conditions. Moreover, since the intermediate area of the windmill arranged in a triangle is transparent, sunlight and tide can pass freely, and fish, shellfish, etc. can be cultivated. This makes it possible to collaborate with fisheries, etc., and share the sea area or water area, so it is possible to obtain consensus of fish farmers, and early introduction of offshore wind power generation becomes possible.
This makes it possible to generate power in a vast deep sea area that accounts for more than 60% of the entire earth, and there is no need to reduce the number of green spaces because there is no need to use green spaces for power generation unlike solar power generation. It is also effective as a countermeasure against the future food crisis.
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。
本発明は名前の示すとおり、先ず、垂直軸風車の自己安定を図る為の方策について述べる。Hereinafter, the present invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings.
As the name suggests, the present invention will first describe measures for achieving self-stabilization of a vertical axis wind turbine.
図1は自己安定型垂直軸風車についての斜視図である。
図2は低速回転している状態の図1の側面図であるが、遠心力が小さい為に垂直翼は垂直翼角度保持部により保持されている。
図3は同じく側面図であるが、高速回転の遠心力により垂直翼が上方向に跳ね上がっている状態を表している。
図4は図2と図3の垂直翼の状態を同時に表して、本発明のコンセプトが理解し易くしている。
基本的には風車軸4の上端に風車回転保持部5が設置され、風車回転保持部5に複数の水平翼3が固定される。
水平翼3の翼端には水平翼3の回転面において、回転軌跡の接線方向に、垂直翼1を回転可能に結合する為の回転保持部2が設置される。
垂直翼1の略中間位置に上記回転保持部2の結合部が設置される。
これにより、垂直翼1は回転可能に設置されるが、通常は角度保持部32により予め決められた角度に保持されている。
垂直翼1の高速回転に伴う遠心力や強い突風等の外力により、垂直翼1は回転し、重力、遠心力、風力等の合力がバランスする位置で保持される。FIG. 1 is a perspective view of a self-stabilizing vertical axis wind turbine.
FIG. 2 is a side view of FIG. 1 in a state of rotating at a low speed. However, since the centrifugal force is small, the vertical blade is held by the vertical blade angle holding portion.
FIG. 3 is also a side view, but shows a state in which the vertical blades are flipped upward by a centrifugal force of high-speed rotation.
FIG. 4 represents the state of the vertical wing of FIGS. 2 and 3 at the same time so that the concept of the present invention can be easily understood.
Basically, a windmill
At the blade tip of the
The coupling portion of the
Thereby, although the
The
図5〜図6に従い、それらの事について説明する。
先ず、図5を用いて水平翼3のバランスについて説明する。
風車が停止又は低速回転している時には、図5(A)の様に、水平翼3は垂直翼1及び水平翼3自身の重量の為に、ジャンボ機の主翼と同じく少し垂れ下がっている。
これは、一見、不安定の様に見えるが、ヤジロベの動きと同じく、反って安定なのである。
これを実現する為には、水平翼3は余り剛体ではなく、少し柔らかく、撓りがある鞭の様なしなやかさが有った方が望ましい。
風車が高速回転になって来ると、垂直翼1に働く遠心力の方が重力よりも大きくなってくるので、下方への垂れ下がりが少なくなり、水平に近くなって来る。 遠心力が更に大きくなると、水平翼3は上方に持ち上がってくる。
つまり、図6〜図8の様に、垂直翼1は初期の保持角から段々回転して跳ね上がって来る様になる。These will be described with reference to FIGS.
First, the balance of the
When the wind turbine is stopped or rotating at a low speed, the
This seems to be unstable at first glance, but, like Yajirobe's movement, is warped and stable.
In order to realize this, it is desirable that the
When the wind turbine rotates at a high speed, the centrifugal force acting on the
That is, as shown in FIGS. 6 to 8, the
次に垂直翼1のバランスについて図6により説明する。
初期条件として、垂直翼1の回転部から下半分の長さは上半分の長さより、長い。
先ず、図7より無風時の釣り合いを考えると、垂直翼1の重心は回転中心部よりも下方に位置するので、垂直翼1を押し下げる方向に重力だけが働き、翼は安定している。
次に、図8の様に、回転している時は、垂直翼の重心に働く力は重力の他に遠心力が働き、その合力が働く事になる。これによって、回転数によって遠心力が決まるので、重力との合力によってバランスする位置で安定するが、回転数が大きくなると遠心力も大きくなり、垂直翼は段々跳ね上げられる様になる。Next, the balance of the
As an initial condition, the length of the lower half from the rotating part of the
First, considering the balance in the absence of wind from FIG. 7, since the center of gravity of the
Next, as shown in FIG. 8, when rotating, the force acting on the center of gravity of the vertical wing is centrifugal force in addition to gravity, and the resultant force is exerted. As a result, the centrifugal force is determined by the number of revolutions, so that it stabilizes at a position balanced by the resultant force with gravity. However, as the number of revolutions increases, the centrifugal force also increases and the vertical blades jump up step by step.
その状態を以下に示す。図9の計算式1は風車回転数と垂直翼の跳ね上げ角の関係を風車半径をパラメーターとして表したものである。表1はその計算結果を纏めたものである。
図10のグラフ1は同じく上記結果をグラフ化したものである。
例えば、回転数が毎分3回転の時は、風車半径3mの翼の眺ね上げ角は1.7°であるが、風車半径が30mになると、跳ね上げ角は16.8°になる。
同じく、回転数が毎分10回転の時は、風車半径3mの翼の跳ね上げ角は18.6°であるが、風車半径が30mになると、跳ね上げ角は73.4°になる。
更に、回転数が毎分30回転の時は、風車半径3mの翼の跳ね上げ角は71.7°であるが、風車半径が30mになると、跳ね上げ角は88.1°になり、殆んど水平状態に近くなる。
この方式では、風車半径が小さな小型風車に対しては良い効果を示すと思われるが、大型風車では跳ね上げによる効果が効き過ぎる事も考えられる。The state is shown below.
For example, when the rotational speed is 3 revolutions per minute, the look-up angle of the blade with a windmill radius of 3 m is 1.7 °, but when the windmill radius is 30 m, the flip-up angle is 16.8 °.
Similarly, when the rotational speed is 10 revolutions per minute, the wing angle of the blade with the windmill radius of 3 m is 18.6 °, but when the windmill radius is 30 m, the rake angle is 73.4 °.
Further, when the rotational speed is 30 revolutions per minute, the jump angle of the blade with the windmill radius of 3 m is 71.7 °, but when the windmill radius is 30 m, the lift angle is 88.1 °, Nearly level.
This method seems to have a good effect on a small windmill with a small windmill radius, but it is also considered that the effect of jumping up is too effective on a large windmill.
図11は本発明の変形タイプであるが、水平翼1の翼端部に設置された回転保持部2からオフセットされた位置に垂直翼1が設置される場合の斜視図である。
図12は低速回転により、垂直翼が重力により所定の角度に保持されている状態の側面図である。
図13は高速回転の遠心力により、上方に跳ね上がっている状態の側面図である。
図14は上記図12〜図13の状態を同時に表している。
このタイプのメリットはオフセットする事により、垂直翼1の重力による押し下げ方向の回転モーメントが大きくなり、低回転領域に於いて垂直翼1が初期角度を維持する事が可能になり、年間で一番多い低風速域のエネルギー利用効率を向上させる事が可能となる。FIG. 11 is a perspective view when the
FIG. 12 is a side view showing a state in which the vertical blade is held at a predetermined angle by gravity due to low-speed rotation.
FIG. 13 is a side view showing a state in which it is jumped upward by a centrifugal force of high speed rotation.
FIG. 14 shows the states of FIGS.
The merit of this type is that the rotational moment of the
図15は重力に対して遠心力が小さく、合力の延長線がオフセットの回転中心よりも外周側で垂直翼を押し下げる方向の力が働いており、安定である。
図16は遠心力が大きくなり、合力の延長線が丁度回転中心上を通っている状態を表している。
図17は遠心力が更に大きくなり、合力の延長線が回転中心の下側を通り、垂直翼を跳ね上げている状態を表している。In FIG. 15, the centrifugal force is small with respect to gravity, and the extension line of the resultant force is stable because the force in the direction of pushing down the vertical blades on the outer peripheral side of the offset rotation center works.
FIG. 16 shows a state in which the centrifugal force increases and the extension line of the resultant force passes just above the center of rotation.
FIG. 17 shows a state in which the centrifugal force is further increased and the extension line of the resultant force passes below the center of rotation and the vertical wing is flipped up.
風力については、図6の図を見れば良く判る。
垂直翼1が風の方向と同じ方向に位置する場合は、垂直翼1は跳ね上げられる方向に動く。
反対に、逆方向に位置する場合は、垂直翼1は押し下げられる方向に動く。
つまり、垂直翼1が1回転する間に跳ね上げられたり、押し下げられたりする力が働くことになる。The wind power can be understood by looking at the diagram in FIG.
When the
On the other hand, when positioned in the opposite direction, the
That is, a force that is flipped up or pushed down while the
この場合は、垂直翼1の慣性質量や回転保持部2の慣性により、急には動かないので、余り問題にはならない。只、跳ね上げ時の慣性を押し下げ時の慣性より小さくしておけば、翼が素早く跳ね上がって回転数が過大に上がって、翼が破損する事を防止する事ができる。
この様に、垂直翼1を回転可能にする事によって、台風時等に風車の回転が過大になったり、突風や乱流による過大な力により、破壊される事を防止する事が可能となる。
図2〜図8及び図12〜図17は垂直翼1の角度が変わっている状態を表している。In this case, since it does not move suddenly due to the inertial mass of the
In this way, by making the
2 to 8 and 12 to 17 show a state in which the angle of the
図18は第1の発明である図1にダンパー特性を持たせる為に、水平翼上にリニアガイド35とシリンダー36を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム34を介して垂直翼1に結合したものである。
図19は上記図18のシリンダー36が縮んでアーム34により垂直翼1が跳ね上がっている状態を表している。FIG. 18 shows that the
FIG. 19 shows a state where the
図20は発明の基本形である図1にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド35とシリンダー36を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム34を介して垂直翼1に結合したものである。
図21は上記図20のシリンダー36が縮んでアーム34により垂直翼1が跳ね上がっている状態を表している。FIG. 20 shows a basic configuration of the invention shown in FIG. 1, in which a
FIG. 21 shows a state where the
図22は第2の発明である図2にダンパー特性を持たせる為に、水平翼上にシリンダー36を配置し、回転自在水平翼11の先端部に回転自在継ぎ手37を介してシリンダーと結合したものである。シリンダー36はシリンダーの一部を回転自在に保持する固定部により回転保持部に設置されている FIG. 22 shows the second invention in FIG. 2, in order to give the damper characteristics, a
図23は第2の発明である図2にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド35とシリンダー36を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム34を介して水平翼11に結合したものである。23 has a
図24は第2の発明である図2にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド35とシリンダー36を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に案内溝38を介して水平翼11に結合したものである。 24, in order to give the damper characteristic to FIG. 2 which is the second invention, a
図25は第2の発明である図2にダンパー特性を持たせる為に、水平翼下にリニアガイド35とシリンダー36を配置し、リニアガイド上のスライダーとシリンダー、更に連結アーム34を介して水平翼11に結合したものである。シリンダーにはシリンダーの伸びる時と縮む時のダンピング特性に違いを持たせる事を目的に以下の様な流体系を設置している。即ち垂直翼の跳ね上げを容易にする為に、図25のシリンダーの配置では垂直翼が跳ね上がる方向はシリンダーは縮む方向なので、シリンダーからの流体の流出が容易に出来る方向なので、逆止弁を流出方向に設置し、その先に径が大きい流体抵抗が小さいオリフィスを設置する。更に、垂直翼が戻る方向はシリンダーが伸びる方向なので、シリンダーからの流体の流出を難しくする様に、流入する方向に設置された逆止弁には内径が小さく流体抵抗が大きなオリフィスが設置される。両方のオリフィスは流体溜43に接続される。
流体が空気の場合は流体溜43は必要無く、単に大気開放にすれば良い。
図26システムも上記図25と全く同じ様にすれば良い。FIG. 25 shows a second invention in which a
In the case where the fluid is air, the fluid reservoir 43 is not necessary and may be simply opened to the atmosphere.
The system in FIG. 26 may be exactly the same as in FIG.
図27は上記図25と図26で説明した事を詳しく説明する為の資料である。
(1)のグラフはダンピング特性の違いによる垂直翼跳ね上げ時定数と戻り時定数を示し たっものである。グラフの横軸は経過時間を示し、縦軸は垂直翼の跳ね上げ角度を 示している。グラフから跳ね上げ時の時定数は小さいので短時間の内に跳ね上げが 進み、戻る場合はゆっくりしか進まない事を表している。
(2)のグラフは選択的なダンピング特性の有無による垂直翼の振れ角度の違いを説明す る為の資料である。このグラフは回転の遠心力によってある振れ角度を持っている 状態の垂直翼に風が当たった時に翼がどの様な挙動をするかを表している。横軸は 風の向きを0度とした時の翼の角度の時間の経過に伴う角度の変化を表している。 縦軸は垂直翼の振れ角度を表している。グラフでは風と同じ方向の0、2π、4π 等は最大値を示し、反対方向のπ、3π、5π等は最小値を示し、0.5π、1. 5π、2.5π等はゼロを示している。所謂、COS曲線である。
(3)選択的ダンピング特性が働いている状態は点線で表されているグラフで、垂直翼の 振れ幅は明らかに小さくなっている事が判る。ダンピング特性を変える事で振れ幅 は大きく変える事が可能である。FIG. 27 is a document for explaining in detail what has been described with reference to FIGS.
The graph in (1) shows the vertical blade jump time constant and return time constant due to the difference in damping characteristics. The horizontal axis of the graph shows the elapsed time, and the vertical axis shows the vertical wing jump angle. Since the time constant at the time of jumping up from the graph is small, it means that the jumping up proceeds within a short time, and when it returns, it only moves slowly.
The graph in (2) is a material for explaining the difference in vertical blade deflection angle depending on the presence or absence of selective damping characteristics. This graph shows how the wing behaves when wind hits a vertical wing with a certain swing angle due to the centrifugal force of rotation. The horizontal axis represents the change in angle with the passage of time of the wing angle when the wind direction is 0 degree. The vertical axis represents the swing angle of the vertical wing. In the graph, 0, 2π, 4π, etc. in the same direction as the wind indicate maximum values, π, 3π, 5π, etc. in the opposite direction indicate minimum values, 0.5π, 1. 5π, 2.5π, etc. indicate zero. This is a so-called COS curve.
(3) The state where the selective damping characteristic is active is a graph represented by a dotted line, and it can be seen that the swing width of the vertical blade is clearly reduced. By changing the damping characteristics, the amplitude can be changed greatly.
図28は図23のダンピングシステムにおいて、可動水平翼11と垂直翼1の結合部を回転軸66で置き換えたものである。これは高速回転による大きな遠心力によって垂直翼が破壊される事を防ぐ為に採用される。
図29は図24に適用される上記図28と同じ目的の回転軸の追加である。
図30は上記図28と図29に於いて、回転角度を所定の値に保持する為のバネ財で出来た固定金具67である。
図31は上記図30の回転軸66と固定金具67をバネ性板材68で置き換えたものである。もし、バネ性板材68の材質として適切な物が見つかれば、部品点数の削減等でコスト低減、流体抵抗の削減等のメリットが出て来るものと期待される。FIG. 28 shows the damping system of FIG. 23 in which the connecting portion of the movable
FIG. 29 is the addition of a rotation axis for the same purpose as in FIG. 28 applied to FIG.
FIG. 30 shows a fixing
FIG. 31 is obtained by replacing the
図32は本発明の変形である円弧型垂直翼1の斜視図であり、図33は側面図である。
図34は円弧型垂直翼1が高速回転により競り上がっている状態の側面図である。
図35は図33と図34をあわせて低速回転時と高速回転時の円弧型垂直翼1の動きを比較した側面図ある。
図36は図23のシステムの垂直翼1を円弧型垂直翼19で置き換えたものである。
図の様に、円弧型垂直翼19はその時の回転に伴う遠心力によって円弧の半径が大きくなる事が可能である。もし、その様な伸縮性に優れた材料を探す事が出来れば、非常に優れた風車を完成する事が可能である。FIG. 32 is a perspective view of an arc-shaped
FIG. 34 is a side view showing a state in which the arc-shaped
FIG. 35 is a side view comparing the movement of the arcuate
36 is obtained by replacing the
As shown in the figure, the arc-shaped
図37は風車回転保持部5の詳細な断面図で、主要構成要素を示している。6は風車軸4と回転保持部7の結合部であり、風車全体の加重を受ける役目と、回転保持部の姿勢制御を受け持つ。回転マウント9は滑動様ベアリング8と10により回転保持部7に契合している。水平翼3は回転マウント9に固定されている。
図38は風車回転保持部に設置されるギアレス.ダイレクト.ドライブ方式発電機の詳細な断面図である。
図37に記載の風車回転保持部5に12と13のペアマグネットの間にコイル15が配置されている状態の断面図である。14はペアマグネット12と13を結合する為のU字型構造体である。
この方式の特徴は滑動用ベアリング8の直ぐ近くに発電素子が配置されるので、部品点数が少なく構造が簡単であり、位置がずれなくて、低コストで長期間安定な運用を実現する事が可能な事である。つまり、メンテナンスフリーが実現出来る可能性がある。FIG. 37 is a detailed cross-sectional view of the windmill
Figure 38 shows the gearless installed in the windmill rotation holding part. direct. It is detailed sectional drawing of a drive system generator.
It is sectional drawing in the state by which the
The feature of this system is that the power generation element is arranged in the immediate vicinity of the sliding
図139は上記ギアレス.ダイレクト.ドライブ方式発電機に使用される発電用回路を示している。コイル15からの出力はリレ26ーに導かれる。
リレ26ーは三接点になっていて、接点2はオープンで、無風又は微風時の超低速回転時に回路を遮断し、接点1は整流器27から蓄電器28に繋がり発電し、接点3はコイル15をショートする様に繋がっており、台風時等の超高速回転時に電気ブレーキをとして働く事が出来る。FIG. 139 shows the gearless. direct. The circuit for electric power generation used for a drive system generator is shown. The output from the
The
リレー26の入り切りにより風速計の入力31や風車の回転数入力30の信号をコントロール部29で処理し、ベストな状態での発電を行える様にコントロールする事が出来る。
基本的な考えとしては、風が無ければリレー26をオープンにし、風が適正に吹けばリレー26を整流器27に繋ぎ、蓄電器28に充電し、風が強すぎる場合にはコイル15をショートする様に制御し、強風が吹いている状態でも、出来るだけ充電出来る時は充電し、過回転になり危険な時はブレーキを駆けて風車の破壊を防止する事である。By switching on and off of the
The basic idea is to open the
図40は水平翼3の垂れ防止用の補強構造体17を水平翼3上に設置している状態の断面図である。
図41は基本的なプリスターター16を水平翼3に設置している状態の斜視図である。
プリスターター16は水平翼3上の回転中心部近くに設置される。基本的な考えとしては、回転中には余り回転の邪魔をしない様に、流体抵抗が大きくない形状を選定する必要がある。
図42は図40と図41をドッキングした状態を表している斜視図である。
カバー18は回転時の流体抵抗が出来るだけ小さく為る様な形状が選ばれるが、場合によっては補強構造体17と一体化しても良い。
図43は上記図40の水平翼3の垂れ防止用の補強構造体17に可動板44を回転継ぎ手45により結合したものである。低回転時は可動板44は図43の様に斜めに立ち上がっているが、高速回転時には流体抵抗を少なくする為に水平状態になる。可動板44はバネによって動作させても良く、電動でコントロールしても良い。
図44は可動板44が高速回転時に水平状態になっている事を表している。FIG. 40 is a cross-sectional view of a state in which the reinforcing
FIG. 41 is a perspective view showing a state in which the
The pre-starter 16 is installed near the center of rotation on the
FIG. 42 is a perspective view showing a state where FIGS. 40 and 41 are docked.
The
FIG. 43 shows a structure in which the movable plate 44 is coupled to the reinforcing
FIG. 44 shows that the movable plate 44 is in a horizontal state during high-speed rotation.
図45は2個の略L字型垂直翼1が垂直軸4と水平翼3の交点に対して、互いに鏡像の関係に配置されている状態を示している斜視図で、図46はその側面図である。これは一見、変則的で余りメリットが無い様に思えるが、特徴を持っている。図46でその事を説明する。
図47(B)は風向を表している。(A)で説明するが、図37に於ける風車回転保持部5のベアリング8及び10に働く力に注目して説明する。
先ず、重力による力は図からも判るようにベアリングを押しつける方向に均等に働く。
遠心力は一方は押し下げる方であり、他方は引き上げる方向であるので、偏加重が働く事になるが、この力は常に回転数が同じであれば、同じで定常的であり比較的問題にならない。
風による力は一方が押し下げる方向であり、他方も同じく押し下げる方向なので、ベアリング8及び10への負担は非常に少ないと思われる。
通常はこの風力による力は不安定で、1回転の中で状態が変わるので、回転中の振動が大きいと言う問題が垂直軸風車には共通してあるが、L型の場合はこれが軽減される。45 is a perspective view showing a state in which two substantially L-shaped
FIG. 47B shows the wind direction. As will be described with reference to FIG. 37A, the description will be made by paying attention to the forces acting on the
First, the force due to gravity works equally in the direction of pressing the bearing, as can be seen from the figure.
Since the centrifugal force is the one that pushes down and the other is in the direction of pulling up, the partial load will work, but this force is always the same and steady as long as the number of rotations is the same, and does not cause a problem. .
Since the force due to the wind is in the direction in which one is pushed down and the other is also pushed in, the load on the
Normally, the force of this wind force is unstable, and the state changes during one rotation, so the problem of large vibration during rotation is common to vertical axis wind turbines, but this is reduced in the case of the L type. The
図48は上記、図45に記載のL字型垂直翼1が3対配置されている状態の斜視図である。
この場合は、上記に説明した中で重力、遠心力、風力の3個パラメーター全てに於いてバランスしている。実際の試作機においても、強い風の中でも、非常に安定な回転が実証されている。
図49は本発明の変形であるY型垂直翼1の斜視図であり、図50はその側面図である。
図51は図49の変形である後退垂直翼1の斜視図である。
図52は上記図51の後退垂直翼1の下部端に回転の安定の為に、補助フィン20を取り付けた状態の斜視図である。テストでは回転時の安定性に優れている。
図53は本発明の変形である前進垂直翼1の斜視図である。FIG. 48 is a perspective view showing a state where three pairs of the L-shaped
In this case, all three parameters of gravity, centrifugal force, and wind force are balanced in the above description. In actual prototypes, very stable rotation has been demonstrated even in strong winds.
49 is a perspective view of a Y-type
FIG. 51 is a perspective view of the retracted
FIG. 52 is a perspective view of the
FIG. 53 is a perspective view of the forward
図54は第1の発明と第2の発明に太陽光パネル46がドッキングされている状態を表している。中小型の直軸風車にはこの様な組み合わせは非常にメリットがある。応用分野としては、図55の様に高速道路の中央分離帯に一列に等間隔に配置したり、鉄道の線路に沿って一列、等間隔に配置する等が考えられる。
図56と図57の様に民家の屋根に設置する事も考えられる。FIG. 54 shows a state in which the
As shown in FIGS. 56 and 57, it may be installed on the roof of a private house.
図58(A)は自己安定型垂直軸風力発電ユニットが組み込まれた浮力構造体を示した斜視図である。メインフロート21の下部に結合用構造体22を介して姿勢安定用のバラスト23が設置され、メインフロート21の上部に風車軸4が設置され、その上端に風車が設置されている。
図59は浮力構造体の水位調整について表している図である。外部信号によって比重の小さな物質をフロート下部の結合用構造体に注入する事により水が軽い物質に置換される事により浮力構造体が軽くなり浮力構造体が上に持ち上がる。
図59(A)は通常の状態で、一番浮き上がっている。
図59(B)は少し沈んでいる状態で、波が高い場合に利用する。
図59(C)はメインフロート部も水没している状態で、強烈な波浪や高い津波等の時に利用するが、メインフロートも水没しているので、波の影響を受けにくく、風車軸の激しい上下動を抑える事が可能である。
外部信号とは水位、波の振幅、浮力構造体の上下動幅等のセンサー信号や外部の制御センターからの台風や津波等に基づく危険信号等である。FIG. 58 (A) is a perspective view showing a buoyancy structure in which a self-stabilizing vertical axis wind power generation unit is incorporated. A
FIG. 59 is a diagram showing the water level adjustment of the buoyancy structure. By injecting a low specific gravity material into the coupling structure under the float by an external signal, the water is replaced with a light material, so that the buoyancy structure is lightened and the buoyancy structure is lifted up.
FIG. 59 (A) is the most elevated in a normal state.
FIG. 59 (B) is used when the wave is high in a state where it is slightly sinking.
FIG. 59 (C) is used when the main float part is also submerged and is used in the case of intense waves or high tsunamis. However, since the main float is also submerged, it is not easily affected by waves and the windmill axis is intense. It is possible to suppress vertical movement.
The external signal is a sensor signal such as a water level, a wave amplitude, a vertical movement width of a buoyancy structure, or a danger signal based on a typhoon or tsunami from an external control center.
この浮力構造体は高い波に対しても安定した姿勢を維持する事が出来るので、潮流発電用ユニットや波力発電ユニットを併設する事が可能である。
図60は2個のプロペラ付潮流発電ユニットが浮力構造体に設置されている状態を示している。
図61は2個の波力発電ユニットが浮力構造体に設置されている状態を示している。
フロート55の上下によりマグネット56が回転し、コイル57との間で発電を行う1事が出来る。Since this buoyancy structure can maintain a stable posture against high waves, a tidal power generation unit and a wave power generation unit can be provided side by side.
FIG. 60 shows a state where two propeller-equipped tidal current power generation units are installed in the buoyancy structure.
FIG. 61 shows a state where two wave power generation units are installed in the buoyancy structure.
The
図62は2個の浮力構造体22が2本の水平支柱24により、平行四辺形を形成する様に回転自在に結合された浮力構造システムの斜視図で、図63は側面図である。このシステムは2本の水平支柱24により並行四辺形を形成する様に回転自在に結合されているので、片方の浮力構造体22が強い波等により傾斜しようとしても、他方の浮力構造体22により保持されているので、問題無い。 62 is a perspective view of a buoyancy structure system in which two
図64は上記2個の浮力構造体22が2個の浮力構造体22と二等辺三角形を形成する位置に配置される追加の浮力構造体22により、各2本の水平支柱24により、回転自在に結合され、三角形を形成しようとしている状態の斜視図である。3個の浮力構造体22は各2本の水平支柱24により結合される。
図65は上記図64の状態から、三角形結合が完了した状態の斜視図である。FIG. 64 shows that the two
FIG. 65 is a perspective view showing a state in which the triangular combination is completed from the state of FIG. 64 described above.
図66は波の上下動に対して、浮力構造体の垂直性維持特性を実験で出した結果である。
浮力構造体の浮力大きさを3段階で変えたデータを取った。
▲1▼ Weight−3の浮力=2×(Weight−2の浮力)=2×〔1.5×(Weight−1の浮力)〕
▲2▼ 水平支柱の傾き角度に対して浮体構造体の傾き角度(パラメータ=浮力)
▲3▼ 結果 → 例えば、水平支柱の最大傾き角度11.2° に対して
* Weight−1の傾き角度=5°
* Weight−2の傾き角度=4.3°
* Weight−3の傾き角度=1.7°
計算すると、Weight−3の減衰効果=1.7°/11.2°=0.15=15%
つまり、Weight−3は浮体構造体の傾きを15%に抑える事が出来た事になる。
もし、浮体構造体の浮力をもっと大きくすれば、更に減衰効果は大きくなる可能性がある。
図67のグラフは減衰効果を表している。
これで本発明の効果が実際に証明された事になる。FIG. 66 shows the results of experiments showing the perpendicularity maintaining characteristics of the buoyancy structure against the vertical movement of the waves.
Data was obtained by changing the buoyancy size of the buoyancy structure in three stages.
(1) Weight-3 buoyancy = 2 × (Weight-2 buoyancy) = 2 × [1.5 × (Weight-1 buoyancy)]
(2) Tilt angle of the floating structure relative to the tilt angle of the horizontal support (parameter = buoyancy)
(3) Result → For example, for the maximum tilt angle of 11.2 ° of horizontal struts * Weight-1 tilt angle = 5 °
* Weight-2 tilt angle = 4.3 °
* Weight-3 tilt angle = 1.7 °
When calculated, the attenuation effect of Weight-3 = 1.7 ° / 11.2 ° = 0.15 = 15%
That is, Weight-3 was able to suppress the inclination of the floating structure to 15%.
If the buoyancy of the floating structure is further increased, the damping effect may be further increased.
The graph in FIG. 67 represents the attenuation effect.
This actually proves the effect of the present invention.
この三角形の中心付近に後述の養魚用生け簀25を配置する事が可能である。
図68は3角形結合浮力構造体の中心に生け簀25が配置されている状態である。
図69は生け簀25が数十メーター下に沈んでいる状態を表している。
これは波浪が高い場合や赤潮等が発生している時に魚を守るために沈める事がある。
図70は生け簀25の上下を行う為の機構である。これは更に底に沈んでいる生け簀の魚に餌を自動的に与える機能もあわせ持っている。
図71は生簀が底に沈んでいる状態を表している。It is possible to arrange a
FIG. 68 shows a state where the
FIG. 69 shows a state where the
This can sink to protect the fish when the waves are high or the red tide is occurring.
FIG. 70 shows a mechanism for moving the
FIG. 71 shows a state where the ginger is sinking to the bottom.
図72は回転結合部59を具体的に表した3角形浮力構造体を表している。
図73及び図74は回転結合部59の理解を深める為に拡大している図である。
図75は回転結合部だけを拡大表示している。
図85は3水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
図86は4水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。
図77は6水平支柱の回転結合部を拡大した状態である。FIG. 72 shows a triangular buoyancy structure that specifically represents the
73 and 74 are enlarged views for better understanding of the
FIG. 75 shows an enlarged view of only the rotational coupling portion.
FIG. 85 is an enlarged view of the rotation coupling portion of the three horizontal struts.
FIG. 86 shows a state in which the rotational coupling portion of the four horizontal struts is enlarged.
FIG. 77 shows an enlarged state of the rotational coupling portion of the six horizontal struts.
図76は上記三角形浮力構造システムに上記図34及び図35のやり方と同じ手法により、3連、4連、5連、6連、7連と風車の数を増やしていけるマルチ化システムの可能性を示している。
図77はその様な手法によって増やした7連洋上風力発電システムを表している斜視図である。
図78は上記図37において、三角形の空間の中に養魚用生け簀25が5個配置された状態を表している斜視図である。FIG. 76 shows the possibility of a multi-system capable of increasing the number of wind turbines to the triangular buoyancy structure system by the same method as in FIGS. 34 and 35. Is shown.
FIG. 77 is a perspective view showing a seven-span offshore wind power generation system increased by such a method.
FIG. 78 is a perspective view showing a state in which five
図80は図79の6連3角形結合浮力構造体の中間で浮力構造体を間引いた状態を示している。
図82は図81の12連直列のシステムの中間で浮力構造体を間引いた状態を示している。
図84は図83の19連6角形結合システムの中間で浮力構造体を間引いた状態を示している。FIG. 80 shows a state in which the buoyancy structure is thinned out in the middle of the six-triangular combined buoyancy structure of FIG.
FIG. 82 shows a state in which the buoyancy structure is thinned out in the middle of the 12-series system in FIG.
FIG. 84 shows a state where the buoyancy structure is thinned out in the middle of the 19-hexagonal coupling system of FIG.
図88は3角形浮力構造体の位置保持の為のアンカーシステムを表している。
このシステムの特徴は外部フロート73を水面上い浮かす事により、水位がどの様な水深になっても浮力構造体に繋がっている水平ワイヤ69の高さ位置が変わらない為に、いつも同じ様な位置で引っ張り、浮力構造体の垂直性に悪影響を与える事が無い事である。
図89は図88の変形版である。
図90はY字の結合点を回転自在のプーリーに置き換えたシステムである。
図91は図90のプーリーをモーター駆動のプーリーで置き換えたシステムである。
図92は図91のシステムにおいて、モーター駆動のプーリーを浮力構造体上部に移動した状態である。
図93は7連5角形結合浮力構造体用のアンカーシステムを表している。
図94は3角形結合浮力構造体に水平軸風車が載っているシステムにアンカーシステムが結合した状態である。
図95は7連直列結合浮力構造体に水平軸風車が載っているシステムにアンカーシステムが結合した状態である。FIG. 88 shows an anchor system for maintaining the position of the triangular buoyancy structure.
The feature of this system is that the height of the
FIG. 89 is a modified version of FIG.
FIG. 90 shows a system in which a Y-shaped coupling point is replaced with a rotatable pulley.
FIG. 91 shows a system in which the pulley of FIG. 90 is replaced with a motor-driven pulley.
FIG. 92 shows a state in which the motor-driven pulley is moved to the upper part of the buoyancy structure in the system of FIG.
FIG. 93 represents an anchor system for a heptagon pentagonal coupled buoyancy structure.
FIG. 94 shows a state where an anchor system is coupled to a system in which a horizontal axis wind turbine is mounted on a triangular coupled buoyancy structure.
FIG. 95 shows a state in which an anchor system is coupled to a system in which a horizontal axis wind turbine is mounted on a seven-series coupled buoyancy structure.
深い水域での浮体式風力発電は本発明の最もターゲットとする分野であり、漁業とのコラボレーション等により早期の立ち上げ、運用が期待出来、将来の必要電力の相当な割合は供給出来るものと期待される。
更に、本発明によれば、風向を気にしない垂直軸風車であり、且つ、垂直翼が回転によるは刃ね出来るので、突風や高速回転等の過大な力による破損を避ける事が可能である。
この事により、無人での長期間の安定的な運用が可能となる。Floating wind power generation in deep water is the most targeted field of the present invention, and is expected to be able to start up and operate at an early stage through collaboration with fisheries, etc., and to supply a considerable proportion of future power requirements. Is done.
Furthermore, according to the present invention, the wind turbine is a vertical axis wind turbine that does not care about the wind direction, and since the vertical blades can be bent by rotation, it is possible to avoid damage due to excessive force such as gusts and high speed rotation. .
This makes it possible to operate stably for a long time without a person.
例えば、高速道路や新幹線等の広大、長大な空間に一定間隔で設置すれば莫大な数の風車を設置出来、必要な電力の或る割合を賄う事が可能となる。この場合、両方とも騒音問題はあまり問題にならないので、設置に関する地域住民その他、関係者の理解を得る事はそんなに困難では無い。 For example, a large number of windmills can be installed if they are installed at regular intervals in a vast and long space such as an expressway or a bullet train, and it is possible to cover a certain proportion of the required power. In this case, the noise problem is not a problem in both cases, so it is not so difficult to obtain the understanding of the local residents and others concerned about the installation.
更に、海外に目を向けると、温暖化現象により、各地で砂漠化が進行しているが、この地域に膨大な数の風車を設置し、垂直軸風車の特徴を生かして直接地下水を汲み上げる事が出来る。或いは垂直軸風車で発電した電力により地下水を汲み上げるか、又は、水を生成し、緑地化を進める事が出来れば、砂漠を緑地に変える事も夢では無い筈であり、発明者はその事を強く望み、夢で終わらせない様に、努力を惜しまない所存である。 Furthermore, when looking overseas, desertification is progressing in various places due to global warming phenomenon, but a huge number of windmills are installed in this area, and the groundwater is directly pumped by taking advantage of the characteristics of the vertical axis windmill. I can do it. Alternatively, if the groundwater can be pumped up by the electric power generated by the vertical axis wind turbine, or if water can be generated and greening can be promoted, changing the desert to green space should not be a dream, and the inventor will I am willing to work hard so that I won't end it with a dream.
1 垂直翼
2 垂直翼回転保持部
3 水平翼
4 風車軸
5 風車回転部
6 結合部
7 回転保持部
8 滑動用ベアリング
9 回転マウント
10 滑動用ベアリング
11 オフセット用水平翼
12 マグネット
13 マグネット
14 マグネット結合用U字体
15 コイル
16 プリスタート用抵抗体
17 水平翼垂れ防止用補強バー
18 プリスタート用抵抗カバー
19 円弧型垂直翼
20 垂直翼安定用サブフィン
21 メインフロート
22 結合用円柱
23 姿勢安定用バラスト
24 浮力構造体結合用水平支柱
25 養魚用生け簀
26 リレー
27 整流器
28 蓄電器
29 コントロール部
30 回転数の入力信号
31 風速の入力信号
32 垂直翼角度保持部
33 垂直翼の重心位置
34 アーム
35 リニアガイド
36 シリンダー
37 回転継ぎ手
38 案内溝
39 逆止弁−1
40 オリフィスー1
41 逆止弁−2
42 オリフィスー2
43 流体貯め
44 可動板
45 回転継ぎ手
46 太陽光パネル
47 支柱
48 中央分離帯
49 高速道路
50 屋根
51 プロペラ
52 発電機
53 回転保持機構
54 回転アーム
55 フロート
56 マグネット
57 コイル
58 ハウジング
59 可動継ぎ手
60 水平支柱結合ピン
61 水平支柱結合体
62 締め付け金具−1
63 締め付け金具−2
64 可動継ぎ手用ピン
65 ボルト
66 垂直翼回転保持部−2
67 垂直翼角度保持部−1
68 垂直翼角度保持部−2
69 水平ワイヤ
70 フロート結合ワイヤ
71 アンカー結合ワイヤ
72 アンカー
73 外部フロート
74 Y字結合ワイヤ
75 回転自在プーリーAssy
76 モーター駆動プーリーAssy(Y字の頂点部に配置)
77 モーター駆動プーリーAssy(フロート部下部に配置)
78 回転自在プーリーAssy(ウエイト部上部に配置)DESCRIPTION OF
40
41 Check valve-2
42
43 Fluid reservoir 44 Movable plate 45 Rotating joint 46
63 Fastening bracket-2
64 Movable
67 Vertical blade angle holding part-1
68 Vertical blade angle holder-2
69
76 Motor drive pulley Assy (located at the top of the Y-shape)
77 Motor drive pulley Assy (located at the bottom of the float)
78 Rotating pulley Assy (located above the weight)
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